叠合式受弯构件正截面承载力的受力性能分析
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摘要
混凝土叠合结构一般是指在预制的钢筋混凝土或预应力混凝土梁(板)上后浇混凝土所形成的一种预制与现浇工艺相结合的装配整体式结构。在工程实际应用中，特别是在楼盖结构上的应用较为广泛，且优点比较突出。这种结构整体性好，抗震性能优越(相对装配式结构而言)，节省三材，施工方便且缩短工期(相对整浇结构而言)。
本论文主要针对叠合式受弯构件(梁)的极限状态受力性能进行了力学分析，在研究了叠合式受弯构件极限承载力状态的受力性能后，还讨论了一种新型的带槽预制构件叠合梁的设计计算方法。本文主要研究了以下几方面内容：
1)介绍了混凝土叠合结构的相关概念，综合评述了混凝土叠合结构在国内外的研究状况，指出混凝土叠合结构的研究发展趋势，制定了本课题的研究内容和技术路线；
2)首先介绍了混凝土的力学构成，并讨论了本文的混凝土力学与传统力学(材料力学、弹性力学和塑性力学)的区别，得出适用于混凝土受力性能分析的三个基本方程，并提出受力分析的方法。
3)用整浇构件受弯破坏全过程力学分析的结果与已有试验结果的对比，验证了混凝土力学三个基本方程的正确性，为叠合式受弯构件的受力性能分析提供了理论依据。
4)根据混凝土力学的三个基本方程，针对混凝土叠合式受弯构件承载力极限状态的受力性能进行分析，着重分析叠合式构件的极限承载力与叠合式构件的两个设计参数(α_M和α_h)之间的关系，并参照已有的试验结果对力学分析的结果进行了对比。最后，根据现行规范和本文力学分析的结果，对叠合式受弯构件的极限承载力计算方法提出了修改的建议。
5)针对武泰闸农副产品市场工程中使用的带槽预制构件叠合梁，根据前面提出的计算方法，总结了这类形式的叠合式受弯构件的设计计算原则以及计算方法。
6)最后，在总结本文所做工作的基础上，指出本文研究的不足之处和需要进一步研究的问题。
The concrete superposed structure is a kind of structure shape, belonging to assembled monolithic concrete structure, which combines with cast-in-site concrete structure and prefabricated concrete structure. In practical application, it is often applied and extensively to floorslab structure in particular, and has prominent advantages as economizing materials, convenienting for construction, being in favor of resisting earthquake action, better monolithic property than assembled concrete structure.
Study of utmost behavior and strength is the main of the bended concrete superposed member in the dissertation. And then, a new type of superposed beam ,with notch at each end of the prefabricated member, is studied in this dissertation. This paper includes the several contents as followed:
1) Introducing concepts of concrete superposed structure, summarizing the study condition of it at home and abroad, pointing out the research trend, nailing down the main research contents and laying a course.
2) The character of the concrete is introduced first. Differences between strength of concrete studying and strength of materiak elasticity or plasticity are distinguished. Basic equations and method of strength of concrete are also established.
3) Comparing with the test result, the whole process result of flexural member to failure analyzing by strength of concrete is very close to it. The confirmation also provides foundation to study superposed structure flexual member.
4) According to basic equations of strength of concrete, the study of concrete superposed flexural member at ultimate state emphasis on relationship between ultimate load and design parameters-am and ah.Contrast with the test results and principles in code GB50010-2002, proposal and design method have been tabled.
5) A new type of superposed beam used in Wutaizha terminal market, with notch at each end of the prefabricated member, is analysed, and design method of it is also regard as the representative of the superposed beam with notchs.
6) In the end, what has been done in this paper is summarized, and the
problems that need ulteriorly be studied are pointed out.
本论文主要针对叠合式受弯构件(梁)的极限状态受力性能进行了力学分析，在研究了叠合式受弯构件极限承载力状态的受力性能后，还讨论了一种新型的带槽预制构件叠合梁的设计计算方法。本文主要研究了以下几方面内容：
1)介绍了混凝土叠合结构的相关概念，综合评述了混凝土叠合结构在国内外的研究状况，指出混凝土叠合结构的研究发展趋势，制定了本课题的研究内容和技术路线；
2)首先介绍了混凝土的力学构成，并讨论了本文的混凝土力学与传统力学(材料力学、弹性力学和塑性力学)的区别，得出适用于混凝土受力性能分析的三个基本方程，并提出受力分析的方法。
3)用整浇构件受弯破坏全过程力学分析的结果与已有试验结果的对比，验证了混凝土力学三个基本方程的正确性，为叠合式受弯构件的受力性能分析提供了理论依据。
4)根据混凝土力学的三个基本方程，针对混凝土叠合式受弯构件承载力极限状态的受力性能进行分析，着重分析叠合式构件的极限承载力与叠合式构件的两个设计参数(α_M和α_h)之间的关系，并参照已有的试验结果对力学分析的结果进行了对比。最后，根据现行规范和本文力学分析的结果，对叠合式受弯构件的极限承载力计算方法提出了修改的建议。
5)针对武泰闸农副产品市场工程中使用的带槽预制构件叠合梁，根据前面提出的计算方法，总结了这类形式的叠合式受弯构件的设计计算原则以及计算方法。
6)最后，在总结本文所做工作的基础上，指出本文研究的不足之处和需要进一步研究的问题。
The concrete superposed structure is a kind of structure shape, belonging to assembled monolithic concrete structure, which combines with cast-in-site concrete structure and prefabricated concrete structure. In practical application, it is often applied and extensively to floorslab structure in particular, and has prominent advantages as economizing materials, convenienting for construction, being in favor of resisting earthquake action, better monolithic property than assembled concrete structure.
Study of utmost behavior and strength is the main of the bended concrete superposed member in the dissertation. And then, a new type of superposed beam ,with notch at each end of the prefabricated member, is studied in this dissertation. This paper includes the several contents as followed:
1) Introducing concepts of concrete superposed structure, summarizing the study condition of it at home and abroad, pointing out the research trend, nailing down the main research contents and laying a course.
2) The character of the concrete is introduced first. Differences between strength of concrete studying and strength of materiak elasticity or plasticity are distinguished. Basic equations and method of strength of concrete are also established.
3) Comparing with the test result, the whole process result of flexural member to failure analyzing by strength of concrete is very close to it. The confirmation also provides foundation to study superposed structure flexual member.
4) According to basic equations of strength of concrete, the study of concrete superposed flexural member at ultimate state emphasis on relationship between ultimate load and design parameters-am and ah.Contrast with the test results and principles in code GB50010-2002, proposal and design method have been tabled.
5) A new type of superposed beam used in Wutaizha terminal market, with notch at each end of the prefabricated member, is analysed, and design method of it is also regard as the representative of the superposed beam with notchs.
6) In the end, what has been done in this paper is summarized, and the
problems that need ulteriorly be studied are pointed out.
引文
[1] 周旺华，现代混凝土叠合结构，北京：中国建材工业出版社，1998
[2] 过镇海等，钢筋混凝土叠合梁(叠合前后二次受力)的受力性能和设计方法的试验研究，清华大学，1965
[3] 混凝土结构设计规范GBJ10—89，北京：中国建筑工业出版社，1989
[4] 混凝土结构设计规范GB50010—2002，北京：中国建筑工业出版社，2002
[5] 张平，MATLAB基础与应用简明教程，北京：北京航空航天大学出版社，2001
[6] 粟一凡，材料力学，北京：高等教育出版社，1983
[7] 徐之纶，弹性力学，北京：高等教育出版社，1990
[8] 王仁、黄文彬，塑性力学引论，北京：北京大学出版社，1982
[9] 滕智明，钢筋混凝土基本构件，北京：清华大学出版社，1987
[10] 过镇海，混凝土的强度和变形(试验基础和本构关系)，北京：中国建筑工业出版社，1997
[11] 吕西林、金国芳、吴晓涵，钢筋混凝土结构非线形有限元理论与应用，上海：同济大学出版社，1996
[12] 顾祥麟、孙飞飞，混凝土结构的计算机仿真，上海：同济大学出版社，2002
[13] 丁大均，钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝和刚度，南京工学院出版社
[14] 周志祥，高等钢筋混凝土结构，北京：人民交通出版社，2002
[15] 龙炳煌、周旺华，混凝土叠合梁的界限受压区高度和最大配筋率公式，土木工程学报，1994，27(6)
[16] 赵顺波、张新中，混凝土叠合结构设计原理与应用，中国水利水电出版社，2001
[17] 龙炳煌，叠合梁的最小配筋率及设计建议，工程力学，1998，(A02)
[18] 裘进荪等，钢筋混凝土叠合梁的试验研究，浙江大学学报，1990年第24卷
[19] 装配整体梁板研究专题科研组，装配整体梁板设计方法的试验研究(专题科研报告)，1981年
[20] 装配整体梁板研究专题科研组，装配整体梁板设计方法的试验研究，建筑结构学
报，1982年第3卷第6期
[21] 钢筋混凝土结构设计规范修订组，钢筋混凝土迭合构件，建筑结构，1984年第3期
[22] 庄家华、韦玉华，连续叠合预应力多孔板的有限元分析，结构工程师，1996(3)
[23] 林长清、周旺华，二次受力钢筋砼叠合梁斜压破坏抗剪强度，武汉工业大学学报，1995(3)
[24] 侯小美、黄赛超，二次受力钢筋混凝土连续叠合梁非线性有限元分析，中南工业大学学报，2001(10)
[25] 邓志恒、陆春阳，钢筋砼连续叠合梁受弯性能及其设计方法研究，广西科学，2000(7)
[26] 聂建国、余洲亮，叶清华，钢—混凝土叠合板组合梁抗震性能的试验研究，清华大学学报，1998(10)
[27] 王运霞、赵顺波，钢筋混凝土和预应力混凝土叠合梁的正截面承载力计算方法，北方工业大学学报，1999(9)
[28] 郭健，二次受力叠合连续梁内力重分布性能及设计方法研究，武汉工业大学硕士论文，1999．12
[29] 贺采旭、许维华，钢筋混凝土叠合面抗剪强度的试验研究，武汉水利电力学院，1982
[30] 白绍良等，预应力混凝土叠合构件二次受力特征的分析及试验验证，重庆建筑工程学院学报，1998(4)
[31] 徐栋，预应力混凝土叠合梁的结构分析方法，华东公路，1999(5)
[32] 接敏，自由叠合梁中的弯矩计算．力学与实践，1995(4)
[33] 龙炳煌、蒋沛怡等，预应力混凝土叠合梁的抗裂度计算，福州大学学报，1996(9)
[34] 侯建国、贺采旭等，预应力混凝土圆孔叠合受力性能试验研究，武汉水利电力大学学报，1994(6)
[35] 朱尔玉，无粘结部分预应力混凝土叠合梁变形计算方法，土木工程学报，1999(4)
[36] 陈振福、黄赛超，钢筋砼叠合梁受力性能分析，力学与实践，2000(2)
[37] 徐吉恩、贺采旭，钢纤维砼预应力连续叠合极弯矩调幅限值研究，湖北工学院学报，2000，15(2)，-13-16
[38] 伋雨林、周显祥，叠合构件的受剪承载力及可靠度分析，福州大学学报，1996(9)
[39] 谢丽芳、宋建中、王志辉，叠合结构的发展与预应力技术的结合，湖南交通科技，
1999(4)
[40] 方德平，大偏心体外筋预应力梁德弯矩-曲率分析法，建筑结构，2000(6)
[41] 黄勇、黄鼎业等，预应力混凝土梁板结构正截面抗弯承载力计算的压弯模式，建筑结构，2002(6)
[42] 杨华雄，预应力对R．C直梁的三大作用．建筑科技情报，2002(2)
[43] 朱伯龙、吴明舜，钢筋混凝土受弯构件延性系数的研究．同济大学学报，1978
[44] 廖莎、易伟建，预应力砼叠合框架受力受力性能的试验研究，工程力学，1996
[45] 刘佃学，钢筋砼叠合梁受力性能和斜截面抗剪强度的试验研究，浙江大学硕士论文，1990．12
[46] 卜乐奇、雷光宁，有粘结预应力叠合受弯构件延性的试验分析，重庆交通学院学报，2001(4)
[47] 乔润德，预应力砼叠合梁的抗裂性能研究，合肥工业大学学报，1995(1)
[48] 陈军、张晓漪，二次受力钢筋砼叠合梁正截面强度的试验研究，哈尔滨建筑工程学院学报，1997(4)
[49] 赵顺波、黄和法，钢筋混凝士叠合梁斜裂缝宽度计算，华北水利水电学院学报，1998，19(2)，-26-29
[50] 徐礼华，配筋钢纤维混凝土叠合梁正截面承载力试验研究，武汉测绘科技大学学报，1991，16(4)，-17-22
[51] 杨建水，钢筋砼双向叠合板抗剪强度的极限分析，郑州工业大学学报，1997，18(3)，-44-48
[52] 赵新铭、郑恒祥，双向预应力混凝土叠合板抗剪强度试验研究，河海大学学报：自科版，2000，28(3)
[53] 杨万庆，螺旋肋筋预应力叠合板的受力性能研究，工程力学，2001，000(A02)
[54] 杨万庆、周烨，螺旋肋筋预应力叠合板的试验研究，武汉理工大学学报，2001，23(3)，-69-72
[55] 邹菁、袁海庆，钢纤维混凝土叠合板正截面承载力计算，工程力学，1999，(2)
[56] Long B. H., A new solution of computing the characteristic coefficient β of composite beam under two-stage loading theories and practices of structural and engineering, Yunnan Science & Technology Press, 2000(8)
[57] Long B. H., A new solution of computing short-term stiffness of composite beam during the second stage, theories and engineering, Yunnan and Technology Press, 2000(8)
[58] Chung H. W. and Chung T. Y., Prestressed concrete beams under repeated loadings, ACI Journal, 1976, 73(5)
[59] Shunbo Zhao, Shuyao Li and Guofan Zhao, Experimental research on behavior of reinforced concrete composite beams under two-phase load, in: BULDING FOR THE 21st CENTURY, Proceedings EASEC-5, Queensland, Australia, July, 1995
[60] Clinton O. Rex and W. Samuel Easterling, Behavior and Modeling of Reinforced Composite Slab in Tension, Journal of Structural Engineer- ing, 2001, 126(7), -764-771
[61] 赵顺波、黄和法、王清香、李树瑶, Shear-resistance of reinforced concrete composite beams under two-phase uniformly Distributed load, Journal of Southeast Univesity, Vol. 11, No. 1A, 1995
[62] W. F. Chen, Plasticity in Reinforced Concrete, McGraw-Hill Book Company, 1982
[63] Kajfasz S. G., Somerville G., Rowe R. E., "An Investigation of the Behavior of Composite Concrete Beams", Res. Rpt. No 15, Cem and Concr. Ass., Nov., 1963
[64] John. P. Cook, Composite Construction Methods, 1977
[65] ACI Committee 318: Building Code Reguirements for Reinforced Concrete (ACI31871), ACI-Detroit, 1971
[66] ACI-ASCE Committee 333: Tentasive Recommendations for the Design of Composite Beams and Girder for Buildings, J of ACI, 1960
[67] Scordelis, A. C. Past, present and Future Development, Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Structure, ASCE, 1986
[68] C. A. Conceicao Antonio, J. Trigo Barbosa, and L. Simas Dinis. Optimal design of beam reinforced composite structures under elasto - plastic loading conditions, Struct Multidisc Optim, 2000(19)
[69] E. J. Sapountzakis, J. T. Katsikadelis. Analysis of plates reinforced with Beams, Computational Mechanics, 2000(26)
[70] E. J. Sapountzakis, J. T. Katsikadelis. Analysis of prestressed concrete slab and beam structures, Computational Mechanics, 2001(27)
[2] 过镇海等，钢筋混凝土叠合梁(叠合前后二次受力)的受力性能和设计方法的试验研究，清华大学，1965
[3] 混凝土结构设计规范GBJ10—89，北京：中国建筑工业出版社，1989
[4] 混凝土结构设计规范GB50010—2002，北京：中国建筑工业出版社，2002
[5] 张平，MATLAB基础与应用简明教程，北京：北京航空航天大学出版社，2001
[6] 粟一凡，材料力学，北京：高等教育出版社，1983
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[10] 过镇海，混凝土的强度和变形(试验基础和本构关系)，北京：中国建筑工业出版社，1997
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[12] 顾祥麟、孙飞飞，混凝土结构的计算机仿真，上海：同济大学出版社，2002
[13] 丁大均，钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝和刚度，南京工学院出版社
[14] 周志祥，高等钢筋混凝土结构，北京：人民交通出版社，2002
[15] 龙炳煌、周旺华，混凝土叠合梁的界限受压区高度和最大配筋率公式，土木工程学报，1994，27(6)
[16] 赵顺波、张新中，混凝土叠合结构设计原理与应用，中国水利水电出版社，2001
[17] 龙炳煌，叠合梁的最小配筋率及设计建议，工程力学，1998，(A02)
[18] 裘进荪等，钢筋混凝土叠合梁的试验研究，浙江大学学报，1990年第24卷
[19] 装配整体梁板研究专题科研组，装配整体梁板设计方法的试验研究(专题科研报告)，1981年
[20] 装配整体梁板研究专题科研组，装配整体梁板设计方法的试验研究，建筑结构学
报，1982年第3卷第6期
[21] 钢筋混凝土结构设计规范修订组，钢筋混凝土迭合构件，建筑结构，1984年第3期
[22] 庄家华、韦玉华，连续叠合预应力多孔板的有限元分析，结构工程师，1996(3)
[23] 林长清、周旺华，二次受力钢筋砼叠合梁斜压破坏抗剪强度，武汉工业大学学报，1995(3)
[24] 侯小美、黄赛超，二次受力钢筋混凝土连续叠合梁非线性有限元分析，中南工业大学学报，2001(10)
[25] 邓志恒、陆春阳，钢筋砼连续叠合梁受弯性能及其设计方法研究，广西科学，2000(7)
[26] 聂建国、余洲亮，叶清华，钢—混凝土叠合板组合梁抗震性能的试验研究，清华大学学报，1998(10)
[27] 王运霞、赵顺波，钢筋混凝土和预应力混凝土叠合梁的正截面承载力计算方法，北方工业大学学报，1999(9)
[28] 郭健，二次受力叠合连续梁内力重分布性能及设计方法研究，武汉工业大学硕士论文，1999．12
[29] 贺采旭、许维华，钢筋混凝土叠合面抗剪强度的试验研究，武汉水利电力学院，1982
[30] 白绍良等，预应力混凝土叠合构件二次受力特征的分析及试验验证，重庆建筑工程学院学报，1998(4)
[31] 徐栋，预应力混凝土叠合梁的结构分析方法，华东公路，1999(5)
[32] 接敏，自由叠合梁中的弯矩计算．力学与实践，1995(4)
[33] 龙炳煌、蒋沛怡等，预应力混凝土叠合梁的抗裂度计算，福州大学学报，1996(9)
[34] 侯建国、贺采旭等，预应力混凝土圆孔叠合受力性能试验研究，武汉水利电力大学学报，1994(6)
[35] 朱尔玉，无粘结部分预应力混凝土叠合梁变形计算方法，土木工程学报，1999(4)
[36] 陈振福、黄赛超，钢筋砼叠合梁受力性能分析，力学与实践，2000(2)
[37] 徐吉恩、贺采旭，钢纤维砼预应力连续叠合极弯矩调幅限值研究，湖北工学院学报，2000，15(2)，-13-16
[38] 伋雨林、周显祥，叠合构件的受剪承载力及可靠度分析，福州大学学报，1996(9)
[39] 谢丽芳、宋建中、王志辉，叠合结构的发展与预应力技术的结合，湖南交通科技，
1999(4)
[40] 方德平，大偏心体外筋预应力梁德弯矩-曲率分析法，建筑结构，2000(6)
[41] 黄勇、黄鼎业等，预应力混凝土梁板结构正截面抗弯承载力计算的压弯模式，建筑结构，2002(6)
[42] 杨华雄，预应力对R．C直梁的三大作用．建筑科技情报，2002(2)
[43] 朱伯龙、吴明舜，钢筋混凝土受弯构件延性系数的研究．同济大学学报，1978
[44] 廖莎、易伟建，预应力砼叠合框架受力受力性能的试验研究，工程力学，1996
[45] 刘佃学，钢筋砼叠合梁受力性能和斜截面抗剪强度的试验研究，浙江大学硕士论文，1990．12
[46] 卜乐奇、雷光宁，有粘结预应力叠合受弯构件延性的试验分析，重庆交通学院学报，2001(4)
[47] 乔润德，预应力砼叠合梁的抗裂性能研究，合肥工业大学学报，1995(1)
[48] 陈军、张晓漪，二次受力钢筋砼叠合梁正截面强度的试验研究，哈尔滨建筑工程学院学报，1997(4)
[49] 赵顺波、黄和法，钢筋混凝士叠合梁斜裂缝宽度计算，华北水利水电学院学报，1998，19(2)，-26-29
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[53] 杨万庆，螺旋肋筋预应力叠合板的受力性能研究，工程力学，2001，000(A02)
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[55] 邹菁、袁海庆，钢纤维混凝土叠合板正截面承载力计算，工程力学，1999，(2)
[56] Long B. H., A new solution of computing the characteristic coefficient β of composite beam under two-stage loading theories and practices of structural and engineering, Yunnan Science & Technology Press, 2000(8)
[57] Long B. H., A new solution of computing short-term stiffness of composite beam during the second stage, theories and engineering, Yunnan and Technology Press, 2000(8)
[58] Chung H. W. and Chung T. Y., Prestressed concrete beams under repeated loadings, ACI Journal, 1976, 73(5)
[59] Shunbo Zhao, Shuyao Li and Guofan Zhao, Experimental research on behavior of reinforced concrete composite beams under two-phase load, in: BULDING FOR THE 21st CENTURY, Proceedings EASEC-5, Queensland, Australia, July, 1995
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[61] 赵顺波、黄和法、王清香、李树瑶, Shear-resistance of reinforced concrete composite beams under two-phase uniformly Distributed load, Journal of Southeast Univesity, Vol. 11, No. 1A, 1995
[62] W. F. Chen, Plasticity in Reinforced Concrete, McGraw-Hill Book Company, 1982
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[69] E. J. Sapountzakis, J. T. Katsikadelis. Analysis of plates reinforced with Beams, Computational Mechanics, 2000(26)
[70] E. J. Sapountzakis, J. T. Katsikadelis. Analysis of prestressed concrete slab and beam structures, Computational Mechanics, 2001(27)